CN109469457A - 井下机电联合带压作业装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种井下机电联合带压作业装置及使用方法，通过所含主要核心系统井下联合作业和地面控制系统与地面专用井口封井器、防喷管、放喷管、滑轮支架和滑轮等的有效配合，能够建立起一套完整的井下节流器套磨铣与打捞作业联合完成的作业体系，其所包含的井下工况参数采集和地面参数显示以及时控设计，能实现直观的可控作业管理，有效地保障了施工的可靠性和安全性；打捞流程所用抓手，由于采用弹性极限保护设计，再无法抓起目标时，能在极限保护范围内自动丢掉目标，杜绝了新的井下事故的发生；其所设计配备的地面气体过滤回收罐，在安全、节能和环保管理上也具备一定的时代理念。该发明所含整个作业管理流程可控性高，具有很好的处理实际井下事故的效能，适合在天然气井井下节流器处理领域大力推广。

Description

井下机电联合带压作业装置及使用方法

技术领域

本发明属于天然气井井下节流器打捞领域，涉及一种井下机电联合带压作业装置及使用方法。

背景技术

由于国内很大一部份天然气井采用地面低压输送，该采气流程既能降低成本、又便于安全管理，然而要实现地面低压输送，就必须在气井内设计好的深度，投放下一个节流器，以实现降压和缓流升温。在实际生产中节流器的投放和打捞都采用的是3.2mm的钢丝作业车来完成，投放节流器的工序已经很成熟，而每当需要取出节流器时，由于钢丝的抗拉性能有限，每当拉到安全极限值时，保护销钉就会剪断而自动丢掉节流器，所以打捞的成功率非常低，大致只有百分之四十左右的成功率，造成一大批气井带病生产。实际无法打捞就一个原因：锚定卡瓦与节流器主体无法正常脱离。由于卡死的原因是多样化的，所以对应的打捞方案也无法近同，为了解决打捞难这个问题，各采气区采气厂技术管理部门、专业打捞公司、以及一些研究院等单位，拿出了很多种的打捞方案，也起到了一定的效果，可仍然有一大批的气井内卡节流器无法打捞上来。经过对以往的作业总结分析得出：磨铣处理掉卡点，是最好的解决方法。由于本身在小内径油管里进行套磨铣作业的难度就相当大，再与之相配套的适合小管径内磨铣作业的工艺和工具的研发没有跟上，哪怕采用工程服务价格高昂的连续油管作业设备进行磨铣作业，同样无法实现理想的作业效果。其原因是小径级的液动力工具的能效低以及配套工具的不匹配，造成作业周期失控，同时安全可控性也差。最关键的是，气井最怕水淹，而液动力工具需要用到高压液体才能启动其旋转做功，作业中造成大量的循环液滞留在气井里，当磨铣作业结束后，还需要采用返排工艺把井内的水排出来，否则气井无法正常生产，综合考量目前采用连续油管磨铣气井井下节流器工艺还不成熟。为了找到解决该类突出问题的方法，通过大量的科学分析、调研后得出：凭借目前先进的电机研制能力，专门研发一种小直径可调速大扭矩电机，与配套设计的井筒锁定反扭矩结构以及套磨铣、打捞工具联合在一起，与地面钢丝电缆车以及所配套的封井器、放喷和放喷、气体过滤回收罐等构成完整一套作业系统，是一项很好的能解决实际问题的方案，值得化大力投入研制。目前相关部门、机构的研究还侧重在提升节流器常规打捞工艺上，只在改进打捞机具的结构及强度，对处理节流器卡死的特征性问题的更客观有效的处理工艺的深化研究还进行的很少，至今未见公开的现场实际应用案列报道。

发明内容

本发明的目的是为了获得在井下采用机电动力就能实现套磨铣作业并能做到在完成套磨铣作业后直接把处理过的节流器打捞上来，所实现的技术目的具有很可靠的施工安全管理流程，整个套磨铣作业能凭借只观的实时井况参数显示，可控性能非常突出，能极大地规避在小内径油管里实施套磨铣作业的作业风险；其另一个技术特点是，采用电力启动与高性能井口封井器配合，不需要向井内注入高密度液体进行压井就能实施带压作业，再与地面所设计的放喷结合，能有效地把套磨铣残留带出井筒，真正意义上实现了无注入水作业，符合天然气气井防水淹高效开采管理要求，提供一种井下机电联合带压作业装置及使用方法。

本发明的技术方案是这样实现的，一种井下机电联合带压作业装置及使用方法，其特点是，它由井下作业系统和地面操作控制系统两个核心系统及所配套作业的钢丝电缆车、专用井口封井器、防喷管、放喷管、气体过滤回收罐、滑轮支架和滑轮组成：

a)井下作业系统主要由可调电控锚定总成、参数采集模块、非标可调速电机、减速器、超薄套磨铣筒、弹性打捞卡瓦、平衡弹簧、综合对接头、轴承和密封保护件构成，其中可调电控锚定总成上设为由夹角120°的三组型号、结构相同的微型电机、涡轮蜗杆和卡瓦组成的独立分控可调电控锚定单元；参数采集模块内设：扭矩传感器、转速传感器、井筒压力传感器、套磨铣钻压传感器、张力传感器和温度传感器；

b)地面控制系统主要由井筒压力显示屏、套磨铣钻压显示屏、张力显示屏、温度显示屏、转速显示屏、转速调控旋钮、扭矩显示屏和控制可调电控锚定总成的总控制开关组成，其中地面控制系统面板上还设计有三个分别对应某一组独立分控可调电控锚定单元的调控开关。

本发明提供一种井下机电联合带压作业装置及使用方法，通过所含主要核心系统井下作业系统和地面控制系统与地面专用井口封井器、防喷管、放喷管、滑轮支架和滑轮等的有效配合，能够建立起一套完整的井下节流器套磨铣与打捞作业联合完成的作业体系，其所包含的井下工况参数采集和地面参数显示以及时控设计，能实现直观的可控作业管理，有效地保障了施工的可靠性和安全性；打捞流程所用抓手，由于采用弹性极限保护设计，再无法抓起目标时，能在极限保护范围内自动丢掉目标，杜绝了新的井下事故的发生；其所设计配备的地面气体过滤回收罐，在安全、节能和环保管理上也具备一定的时代理念。该发明所含整个作业管理流程可控性高，具有很好的处理实际井下事故的效能，适合在天然气井井下节流器处理领域大力推广。

附图说明

图1为井下机电联合带压作业装置及使用方法现场工况示意图；

图2为井下作业系统主要构成示意图；

图3为井下作业系统所含可调电控锚定总成机构分布示意图；

图4为井下作业系统所含参数采集模块内部构成示意图；

图5为地面控制系统功能面板示意图。

具体实施方式

由图1所示，井下机电联合带压作业装置及使用方法，其特点是，能够清晰地显示整个作业现场工况分为井下和地面两个作业体系，主要由井下作业系统2、地面控制系统3、钢丝电缆车4、专用井口封井器5、防喷管6、放喷管7、气体过滤回收罐8、滑轮支架9和滑轮10构成，是一套完整的多机构协同联合作业系统，其中地面控制系统3是组装在钢丝电缆车4内部的。

由图2所示，井下机电联合带压作业装置及使用方法，其特点是，井下作业系统2主要由可调电控锚定总成11、参数采集模块12、非标可调速电机13、减速器14、超薄套磨铣筒15、弹性打捞卡瓦16、平衡弹簧17、综合对接头18、轴承19和密封保护件20构成。

由图3所示，井下作业系统2所包含可调电控锚定总成11，主要由夹角120°的三组标号为11-1、11-2、11-3的型号、结构相同的微型电机21、涡轮蜗杆22和卡瓦23组成的独立分控可调电控锚定单元。

由图4所示，井下作业系统2所包含参数采集模块12主要由扭矩传感器24、转速传感器25、井筒压力传感器26、套磨铣钻压传感器27、张力传感器28和温度传感器29共同构成。

由图5所示，井下机电联合带压作业装置及使用方法，其特点是，地面控制系统3主要由井筒压力显示屏30、套磨铣钻压显示屏31、张力显示屏32、温度显示屏33、转速显示屏34、转速调控旋钮35、扭矩显示屏36和控制可调电控锚定总成11的总控制开关37组成；为了实现最佳套磨铣工况，把扭矩值调整为最符合实际套磨铣工况，在地面控制系统3面板上还设计有三个分别对应某一组独立分控可调电控锚定单元的调控开关3-1、3-2和3-3，它们分别对应调控井下作业系统2所包含可调电控锚定总成11上所设的三组标号为11-1、11-2、11-3的独立分控可调电控锚定单元。

综上所述，该发明完整的技术方案的实施首先需要对井筒进行通径作业，请参见图1，首先根据施工设计流程，装好专用封井器5、滑轮支架9、滑轮10，把放喷管7与专用封井器5连接起来，并把气体过滤回收罐8与放喷管7连接好，而后停好钢丝电缆车4，这时可以把钢丝电缆穿过滑轮10，并穿入防喷管6内，把选择好的通径规与钢丝电缆头连接好，采用高强度螺丝把防喷管6固定在专用井口封井器5上面，打开专用井口封井器，通过钢丝电缆车自带操控系统，就可以进行下通径规作业，该步骤能实现两个作业目的：探明井下节流器1的具体位置；对管壁进行通过性评估，以此来判断井下作业系统2能不能通达井下节流器1实施套磨铣作业。完成通径作业后，在通径规起入防喷管6内后，关闭专用井口封井器，拆卸掉防喷管6就能卸掉通径规。

通过通径规验证该需作业井筒井况能满足井下机电联合带压作业装置及使用方法进行套磨铣作业所需要的符合作业规范后，在地面所有配套不动的情况下，把先行就已经组装调试好的井下作业系统2与钢丝电缆车4所带电缆综合对接头18连接好，在检查好所有配套设备都正常时，即可通电做下井前的地面性能测试，首先通过地面控制系统3面板上所设的转速调控旋钮35启动非标可调速电机13，在进行低速和高速测试时，地面控制系统3面板上所设的扭矩显示屏36能显示非标可调速电机13空转时的扭矩，所取得的扭矩参数是保障井下作业系统2在井下安全套磨铣作业的重要依据；测试完非标可调速电机13后，就可以通过地面控制系统3面板上所设的一组对应某一组独立分控可调电控锚定单元的调控开关3-1、3-2和3-3来分别对井下作业系统2所包含可调电控锚定总成11上所设的三组标号为11-1、11-2、11-3的独立分控可调电控锚定单元进行测试其工作性能，而后再通过地面控制系统3面板上所设的控制可调电控锚定总成11的总控制开关37测试三组独立分控可调电控锚定单元的联动工作性能，其所含联动或分动设计的技术目的是通过对微型电机21供电，使其带动涡轮蜗杆22旋转，从而把卡瓦23推出并卡在油管壁上，以实现固定和抗套磨铣反扭矩的动能；完成操作规范所要求的地面能测试后，卸掉井下作业系统2，把电缆综合对接头18穿入防喷管6，做好项部密封处理后，通过电缆综合对接头18与井下作业系统2连接好，同时做好密封处理，而后与前期井筒通径作业的操作流程一样，但整个井下工作系统2的下放速度要缓慢，根据前期所探的节流器1的深度参数，在距离节流器1还有30米的时候要更缓慢下放钢丝电缆，并记录好地面控制系统3面板上所设的张力显示屏28所显示的参数值，该参数值为无负荷工况时的钢丝电缆所受张力值；完成相应的记录后，继续下放钢丝电缆，当张力显示屏28所显示的参数值变为0时，说明井下作业系统2已经完全落在了井下节流器1上，这时缓慢上提钢丝电缆100毫米，通过地面控制系统3面板上所设的转速调控旋钮35启动非标可调速电机13工作，同时要特别注意地面控制系统3面板上所设的扭矩显示屏36上的数值，把这时显示的数值与地面空转时的数值进行对比，如果相同，说明井下的初始工况面是平正的；如果不相同，说明初始工况面不正，不进行调整就冒然施工就会引发严重的作业事故，但通过可以通过地面控制系统3面板上所设的一组对应某一组独立分控可调电控锚定单元的调控开关3-1、3-2和3-3来分别对井下作业系统2所包含可调电控锚定总成11上所设的三组标号为11-1、11-2、11-3的独立分控可调电控锚定单元进行调整，当扭矩显示屏36上所显示的数值与地面测试时所取得的数值相近时，即可启动控制可调电控锚定总成11的总控制开关37对三组独立分控可调电控锚定单元进行联动控制，把三片卡瓦23同时推出并牢固地卡在油管壁上。在符合井下机电联合带压作业装置及使用方法进行套磨铣作业所需要的作业规范后，启动非标可调速电机13带动超薄套磨铣筒15，就可实施对井下节流器1的套磨铣作业，完成设计好的套磨铣进尺后，井下作业系统2所带弹性打捞卡瓦16就能抓住处理后的井下节流1，这时上提钢丝电缆就能成功取出卡在井下的井下节流器1；如果无法起出，弹性打捞卡瓦16会在一个保护极限值内丢掉井下节流器1。为了实现安全有效地进行套磨铣作业，在作业时应时刻注意地面控制系统3面板上所显示的各项参数，以便与及时进行调整和处理。

Claims (3)

1.一种井下机电联合带压作业装置及使用方法，其特点是，它由井下作业系统和地面操作控制系统两个核心系统及所配套作业的钢丝电缆车、专用井口封井器、防喷管、放喷管、气体过滤回收罐、滑轮支架和滑轮组成：

a)井下作业系统(2)主要由可调电控锚定总成(11)、参数采集模块(12)、非标可调速电机(13)、减速器(14)、超薄套磨铣筒(15)、弹性打捞卡瓦(16)、平衡弹簧(17)、综合对接头(18)、轴承(19)和密封保护件(20)构成，其中可调电控锚定总成上设为由夹角120°的三组型号、结构相同的微型电机(21)、涡轮蜗杆(22)和卡瓦(23)组成的独立分控可调电控锚定单元；参数采集模块(12)内设：扭矩传感器(24)、转速传感器(25)、井筒压力传感器(26)、套磨铣钻压传感器(27)、张力传感器(28)和温度传感器(19)；

b)地面控制系统(3)主要由井筒压力显示屏(30)、套磨铣钻压显示屏(31)、张力显示屏(32)、温度显示屏(33)、转速显示屏(34)、转速调控旋钮(35)、扭矩显示屏(36)和控制可调电控锚定总成11的总控制开关(37)组成，其中地面控制系统(3)面板上还设计有三个分别对应某一组独立分控可调电控锚定单元的调控开关。

2.根据权利要求1所述的井下机电联合带压作业装置及使用方法，其特征在于，所述的井下作业系统(2)的所具备的套磨铣功能是通过非标可调速电机(13)提供电动能达到的。

3.根据权利要求1所述的井下机电联合带压作业装置及使用方法，其特征在于，通过井下作业系统(2)与地面控制系统(3)所带的参数采集模块(12)和显示屏组能实现对整套装置的运行做可控化管理。